岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工技术研究

严 涛，陈 章，曾 婷，周 卓，付 豪

（湖南金辉建设集团有限公司工程部，湖南 长沙 410005）

0 引言

岩溶不良地质主要为溶洞、竖井、漏斗及溶沟，以垂直方向发育为主，岩溶地区通常地下水丰富，甚至有地下暗河通道，对桩基础施工影响甚大，塌孔、埋钻等造成的质量安全事故时有发生。

本文以袁州区 2020 年棚户区改造 PPP 项目学府小区一期A区工程为依托，对岩溶地质条件下冲击钻孔灌注桩施工技术进行研究，挖掘高效施工方法，解决不良地质影响，为相关项目提供施工技术参考。

1 工程概况

袁州区 2020 年棚户区改造 PPP 项目学府小区一期 A 区工程，共 10 栋单体，总建筑面积 114 048 m2，地基基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级为甲级。

本工程地质情况复杂，根据地勘报告，地下存在岩溶不良地质，溶洞数量多。本工程采用冲击钻孔灌注桩施工技术，桩直径为 700～900 mm，桩身混凝土强度等级 C35P8，钢筋采用 HRB400，桩长约 17～30 m，桩端持力层为中风化石灰岩（完整）层，冲孔桩的单桩竖向承载力特征值为 3 500 kN，桩身设计图详如图 1 所示。

重难点分析：在众多不良地质中，以岩溶地区的地质情况最为复杂。岩溶地区的桩基础工程，若处理不当，极易引发卡钻、埋钻、地面塌陷等安全、质量问题［1］。重难点如下。

图1 桩身详图（单位：mm）

1）溶洞隐患排查困难。总体上来看，本工程建设区域地下溶洞数量多，大小不一，溶洞最大高度达 12.4 m。溶洞间互相贯通，且本工程地下水位高，进一步加大了桩基础成孔时发生塌孔的概率。

2）溶洞处理技术不明确。本工程溶洞类型繁多，且设计文件中未提出溶洞处桩基处理措施。施工过程中无法明确溶洞影响范围，不能确定最佳施工措施，大多依靠施工经验进行处理。

2 岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工技术

2.1 施工准备

根据施工部署，安排性能良好的冲击钻机进场，机械进场后立即进行验收、调试，确保设备正常运转。

施工前开展充分的地质勘察，分析施工过程中可能发生的事故并制定专项应急方案。岩土勘察技术类型一般分为钻探、物探、化学勘探三类，辅以钻孔电磁波 CT、钻孔数字摄像等手段进行［2］。根据工程的地质情况，针对性地选择勘察手段，做到一桩一孔施工勘察。

对首根桩进行试钻，组织业主、监理、设计、地勘等参与试桩验收工作，形成试桩报告，作为后续施工的依据，试桩验收合格后方可进行大面积施工。

2.2 一般溶洞处理技术

对于一般溶洞（洞高≤2m的溶洞），经项目部现场多次试验可采用片石黏土筑壁法施工技术处理。填筑材料配合比（体积比）为片石：黏土= 2∶1，每层虚铺厚度 30 cm，并采用冲击钻冲击夯实 3 遍，使片石与黏土密实，同时将片石黏土混合料挤入溶洞内，直至回填面层高出溶洞顶部 2 m。

溶洞回填完成后，注入泥浆，泥浆稠度相对常规桩基施工增加 20 %，使泥浆自然浸入片石黏土孔隙内，再次采用冲击钻冲击夯实 3 遍，形成泥石护壁。此过程中若发现泥石护壁出现漏浆时，应再次进行片石黏土混合料回填、击实，直至不再漏浆液为止。

为确保灌注水下混凝土顺利施工，在桩钢筋笼穿越溶洞范围处上下各 1 m 范围内的位置，采用钢丝网片包裹钢筋笼，如图 2 所示。

图2 一般溶洞处理技术示意图（单位：mm）

2.3 特殊溶洞处理技术

对于特殊溶洞（溶洞高＞2 m 的溶洞），经项目部多次现场试验，可采用片石黏土筑壁法与钢护筒沉放相结合的技术进行处理。

片石黏土筑壁完成后沉放钢护筒。钢护筒采用 12 mm 厚钢板制作，内径不大于桩直径 20 cm，长度根据溶洞位置确定，确保护筒底超出溶洞底部 1 m 以上，如图 3 所示。

图3 特殊溶洞处理技术示意图（单位：mm）

钢护筒需采用振动锤埋设。埋设时钢护筒中心应与桩中心点重合，护筒外侧用黏土回填夯实，钢护筒顶面高出地面至少 50 cm，严防地表水或其他杂物进入。

2.4 细砂层处理技术

岩溶地质区大多存在细砂层，由于细砂层颗粒小、厚度大、较密实，桩基施工时若直接采用冲击锤作业，将导致细砂层不断密实，难以进尺，砂砾无法排出，易造成塌孔。

针对此情况，项目部经多次现场试验发现，采用片石黏土筑壁法可完美解决此问题。填筑材料配合比（体积比）为片石：黏土=3∶1，每层虚铺厚度 30 cm，采用冲击钻冲击 3 遍，使片石与黏土保持密实，直至回填至细砂层顶部 2 m 位置。通过冲击，将片石挤入细砂层内，砂砾随之进入四周土体孔隙，形成护壁后，可以正常进行桩基施工。

2.5 特殊情况处理

桩基施工前必须进行超前钻探，超前钻探孔布置在桩位中心点。查明桩端平面以下 3 倍桩径且不小于 5 m 范围内不良地质情况。

依据超前钻探报告所得出的数据，控制钻机钻孔深至其下溶洞顶面上 1 m 时，先分钻小孔，探明溶洞内是否有承压水，若有承压水，应待水位稳定进行抽水降压后，才能继续施工。溶洞内有较软塑状黏土时，注意及时护壁，必要时可采用固结灌浆措施，待填充料固结后再进行冲孔。

如桩孔溶洞出现探头石，可加大冲击钻锤击频率，直至将探头石击碎。若基岩不平整，则须先使用长导管浇筑混凝土，后用冲击钻缓慢压实，在基岩上层形成平整的基层。

3 质量控制措施

3.1 成孔

泥浆制备。浇筑混凝土前，孔底 500 mm 厚度内的泥浆比重应＜1.25，含砂率≤8 %，黏度≤28 s。在清孔的过程中，应不断置换泥浆，直至水下混凝土浇筑完成。

护筒埋设。护筒钢板壁厚适当加厚，上部开设 2 个溢浆孔。埋设护筒时对护筒四周的土分层夯实，钻头起落时应避免钻头碰撞护筒［3］。根据地下水情况，必要时钢护筒应打入不透水层。

3.2 水下灌注混凝土

优化配合比，水下灌注混凝土宜掺加高效减水剂，以改善和易性，提前做好配合比试验，控制其坍落度≥180 mm，且≤220 mm。水泥宜采用粉煤灰水泥；细骨料应选用中粗砂，含砂率宜为 40 %～50 %；粗骨料可选用卵石或碎石，其粒径不得大于钢筋间最小净距的1/3［4］。

导管采用壁厚≥3 mm 的无缝钢管标准节拼接而成，底节宜采用 4 m 及以上标准节，底部距孔底高度≤1 m；导管使用前应开展水密性试验，通过后方可使用。

每根桩首次灌注混凝土时，需在导管内安装隔水球，确保将导管内的泥浆排出，避免混凝土离析，影响桩身强度。

钢筋笼吊装完毕后，应安置导管或气泵管二次清孔，并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等检验，合格后应立即灌注混凝土［4］。

3.3 BIM 技术辅助质量控制

提前建立桩基础 BIM 模型，在模型中上传质量控制关键数据共享至云平台，现场管理人员通过手机端 APP 可随时查看关键信息，避免现场计算错误。BIM 施工模型结合岩溶地质桩基施工技术，模拟施工过程，分析该工艺的可行性，同时针对可能发生的质量、安全隐患，制定解决方案，最后开展可视化交底。

3.4 现场实施情况

截止目前，现场共计进行了 101 根桩低应变检测，根据检测报告各桩身均满足完整性要求。

桩取芯检测共计 25 根桩，各桩桩身混凝土芯样均连续、完整，表面光滑，胶结好，骨料分布均匀，呈长柱状，断口吻合，桩底沉渣厚度均满足设计要求，桩端持力层均满足设计要求。

单桩竖向抗压静载试验检测 14 根，各单桩竖向抗压承载力极限值均不小于设计值，各桩单桩竖向抗压承载力均满足设计要求。

4 结语

综上所述，岩溶地区工程建设难度较大，特别是复杂的地质条件，导致无法全面掌握每一根桩基础在成桩阶段遇到的特殊情况，故桩基础施工周期长，难度大。

为此，针对不同的地质情况，结合各阶段出现的地质风险，经多次的现场试验，项目部研究出片石黏土筑壁法施工技术，加上有现场经验丰富的施工作业人员，有效地解决了岩溶地质对桩基施工的不良影响，保障了桩基础施工的进度与质量，规避了施工安全风险，获得了业主、设计、监理单位的一致好评，为类似工程施工提供了有效的参考经验。Q